連嬌燕，金海，文國容，庹必光(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，貴州遵義563003)

?

·綜述·

線粒體凋亡通路在肝細(xì)胞癌發(fā)生、發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

連嬌燕，金海，文國容，庹必光(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，貴州遵義563003)

摘要：線粒體介導(dǎo)的凋亡通路，主要是由于其上游信號分子作用于線粒體膜，導(dǎo)致線粒體膜的通透性改變，從而使線粒體內(nèi)的CytC、AIF、Smac等凋亡相關(guān)因子釋放到線粒體外，引起下游caspase家族蛋白活化或者直接作用于相應(yīng)底物，啟動細(xì)胞凋亡程序。在正常肝細(xì)胞的發(fā)育和再生過程中，細(xì)胞凋亡可清除異常的肝細(xì)胞。若異常的肝細(xì)胞凋亡不足，可導(dǎo)致肝癌的發(fā)生；而肝癌細(xì)胞凋亡不足，會誘導(dǎo)癌細(xì)胞的惡性化演進(jìn)。線粒體凋亡通路可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡，而線粒體膜的通透性改變在線粒體凋亡通路中起樞紐作用，外源性或內(nèi)源性的應(yīng)力刺激激活Bcl-2家族或caspase家族，啟動線粒體膜的通透性改變并誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的凋亡。通過靶向干預(yù)該通路中的相關(guān)分子，可為肝癌的臨床治療提供新策略。

關(guān)鍵詞：肝細(xì)胞癌；細(xì)胞凋亡；線粒體凋亡通路

流行病學(xué)調(diào)查顯示，肝細(xì)胞癌(HCC)的發(fā)病可能是病毒性肝炎、黃曲霉毒素、酒精、飲水污染及遺傳因素等導(dǎo)致肝細(xì)胞的生物學(xué)特征逐漸變化，細(xì)胞增殖與凋亡失衡所致。細(xì)胞凋亡在HCC的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，而機(jī)體內(nèi)存在多條與細(xì)胞凋亡相關(guān)的信號通路，如JAK/STAT通路、PI3K/AKT通路以及線粒體凋亡通路等，其中線粒體凋亡通路起著起始、放大的中樞作用，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中具有重要地位。本文結(jié)合文獻(xiàn)就線粒體凋亡通路在HCC中的作用綜述如下。

1線粒體凋亡通路

細(xì)胞凋亡又稱細(xì)胞程序性死亡，是細(xì)胞為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而出現(xiàn)的一種主動性死亡過程。線粒體是真核細(xì)胞能量代謝的中心，其正常功能的喪失會導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，而線粒體中caspase的反饋循環(huán)使凋亡效應(yīng)進(jìn)一步放大。因此，線粒體被稱為細(xì)胞凋亡的“生死開關(guān)”。線粒體凋亡通路包括外源性和內(nèi)源性途徑，這兩種凋亡途徑的應(yīng)力信號均集中于線粒體，并通過Bcl-2家族蛋白調(diào)控細(xì)胞凋亡。脊椎動物Bcl-2家族包括抗凋亡分子和促凋亡分子?？沟蛲龇肿影˙cl-2、Bcl-x和Bcl-w，促凋亡分子包括Bax、Bak、Bad、Bik、Bim和Bid。促凋亡分子中的Bik、Bid只有BH3結(jié)構(gòu)域，與Bcl-2等蛋白形成異源二聚體，抑制抗凋亡分子或誘導(dǎo)Bak/Bax形成寡聚體，繼而發(fā)揮促凋亡作用。存在于線粒體中的Bcl-2通過釋放Ca2+，誘導(dǎo)線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開放或精確改變線粒體膜的通透性，從而啟動細(xì)胞的凋亡程序[1]。外源性應(yīng)力信號通過與細(xì)胞膜上的死亡受體結(jié)合引起caspase-8介導(dǎo)的Bid活化，而內(nèi)源性線粒體凋亡途徑中，由于不同細(xì)胞的BH3結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致其激活方式也不同，但均可引起促凋亡蛋白BH3的活性上調(diào)。因此，無論是外源性途徑中Bid的活化，還是內(nèi)源性途徑中BH3的活性上調(diào)，都可激活促凋亡分子Bak，從而在線粒體外膜上形成小孔釋放凋亡因子，即線粒體外膜的透化[2]。在此過程中，從線粒體中釋放的凋亡相關(guān)因子，如細(xì)胞色素C(CytC)、凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)、線粒體衍生的第二種半胱天冬酶激活劑(Smac)等，一旦這些因子從線粒體釋放，即可觸發(fā)細(xì)胞凋亡[3]。

2線粒體凋亡通路與HCC發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

2.1線粒體凋亡通路與HCC的發(fā)生在肝細(xì)胞的發(fā)育和再生過程中，細(xì)胞凋亡可清除異常的肝細(xì)胞;若細(xì)胞凋亡不足，則可導(dǎo)致HCC的發(fā)生。線粒體凋亡通路作為經(jīng)典的凋亡途徑之一，亦參與HCC的發(fā)生過程。在脂肪性肝炎發(fā)展至HCC的過程中，肝臟再生增強(qiáng)因子不僅可抑制肝細(xì)胞的脂肪變性，還可降低線粒體途徑的活性，抑制正常肝細(xì)胞凋亡，從而降低脂肪性肝炎演變?yōu)镠CC的風(fēng)險[4]。Tian等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在HCC的發(fā)生過程中，細(xì)胞自噬通過維持線粒體外膜的完整性、減少氧化應(yīng)激和DNA損傷等阻礙HCC的發(fā)生。但HCC一旦發(fā)生，細(xì)胞自噬反而抑制線粒體凋亡通路，起到促癌作用。這些研究均提示HCC的發(fā)生與線粒體凋亡通路失調(diào)有關(guān)。

2.2線粒體凋亡通路與HCC的發(fā)展近年來隨著分子生物學(xué)研究的不斷深入，線粒體凋亡通路在HCC發(fā)展過程中的作用日益受到重視。有研究報道，HCC細(xì)胞主要由糖酵解提供能量，下調(diào)糖酵解過程中己糖激酶2的表達(dá)，可誘導(dǎo)線粒體途徑介導(dǎo)的HCC細(xì)胞凋亡[6]。此外，糖原合成激酶3β可上調(diào)線粒體凋亡通路中Bax的表達(dá)，促進(jìn)HCC細(xì)胞凋亡[7]。HCC細(xì)胞的惡變可能和部分基因表達(dá)失調(diào)相關(guān)，而線粒體凋亡通路通過直接或間接調(diào)控HCC相關(guān)基因的表達(dá)介導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡[8]。Xu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，促癌基因PAK1以及抗凋亡分子Bcl-2的上調(diào)可使HCC細(xì)胞拮抗線粒體通路介導(dǎo)的失巢凋亡，進(jìn)而促進(jìn)HCC的發(fā)展。Nakagawa等[10]研究認(rèn)為，ASK1基因在HCC發(fā)展過程中充當(dāng)抑癌基因作用，ASK1不僅與DNA損傷誘導(dǎo)的p21上調(diào)相關(guān)，亦與死亡受體介導(dǎo)的線粒體凋亡途徑相關(guān)。TAT同樣作為一種抑癌基因，通過線粒體凋亡通路促進(jìn)CytC的釋放、激活caspase和多聚二磷酸腺核糖聚合酶(PARP)，促進(jìn)HCC細(xì)胞凋亡[11]。TNF受體家族成員Fas死亡受體可誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡，而這個過程是通過外源性線粒體凋亡途徑介導(dǎo)Bid的裂開實現(xiàn)[12]。Fu等[13]研究認(rèn)為，核仁磷酸蛋白有助于HCC細(xì)胞躲避p53基因介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡程序，而這一過程有賴于直接抑制Bax的線粒體轉(zhuǎn)運或激活。Liu等[14]研究認(rèn)為，線粒體凋亡途徑通過抑制損傷介導(dǎo)的自噬調(diào)控因子表達(dá)，延緩HCC細(xì)胞的惡性變。Ma等[15]研究發(fā)現(xiàn)，腺苷酸可激活caspase-3、caspase-8、caspase-9、PARP以及caspase等效應(yīng)分子，促進(jìn)Bak的募集，下調(diào)Bcl-x、Mcl-1的表達(dá)，誘導(dǎo)線粒體釋放CytC、AIF進(jìn)入胞質(zhì)，繼而促進(jìn)HCC細(xì)胞凋亡。以上研究均提示，若線粒體凋亡通路功能失調(diào)，HCC相關(guān)基因或蛋白的表達(dá)亦會發(fā)生異常，繼而促進(jìn)HCC的發(fā)展。此外，microRNA作為一種普遍存在的調(diào)控因子也參與調(diào)控線粒體凋亡通路，miR-125b可能通過抑制Bcl-2家族的抗凋亡分子而誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡，miR-375的表達(dá)可促進(jìn)線粒體釋放凋亡蛋白，誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡，從而抑制HCC的發(fā)展[16，17]。

3線粒體凋亡通路與HCC的治療

有研究發(fā)現(xiàn)，化療可以誘導(dǎo)Bcl-2家族促凋亡因子Bax、Bcl-2L11以及其他促凋亡因子Apaf1、BNIP1、PDCD8、RAD的表達(dá)，從而誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡。另外，轉(zhuǎn)錄區(qū)域缺乏的p63α(DeltaNp63α)作為p53家族相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的異構(gòu)體之一，可負(fù)性調(diào)控死亡受體CD95和Bax的編碼基因；化療可誘導(dǎo)Bax、Bim、Noxa促凋亡基因的表達(dá)，而DeltaNp63α通過抑制線粒體凋亡通路而拮抗這一過程[18]。在HCC中，HBV相關(guān)X蛋白通過與線粒體通路的相互作用誘導(dǎo)NF-κB和STAT-3等轉(zhuǎn)錄因子的活化，沉默基因STAT-3并聯(lián)合雷帕霉素誘導(dǎo)人HCC細(xì)胞株Bel-7402的凋亡[19]，而HCC細(xì)胞株SMMC-7721穩(wěn)定過表達(dá)Smac，聯(lián)合順鉑化療可明顯上調(diào)細(xì)胞中促凋亡蛋白caspase-3、caspase-9和CytC的表達(dá)，從而啟動HCC的細(xì)胞凋亡程序[20]。GADD153是轉(zhuǎn)錄因子增強(qiáng)子結(jié)合蛋白家族成員之一，生理狀態(tài)下該基因呈低水平表達(dá)，但在生長抑制、DNA損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的應(yīng)激狀態(tài)下，該基因表達(dá)明顯上調(diào)，藤黃酚可以通過死亡受體和線粒體介導(dǎo)的凋亡通路激活GADD153[21]；歐甘菊在誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡的過程中，同樣可激活線粒體通路而上調(diào)GADD153的表達(dá)[22]。由于HCC治療過程中會出現(xiàn)部分基因表達(dá)譜的改變，因此HCC的基因-病毒靶向治療策略應(yīng)運而生，腺病毒包裝的特異性HCC抑制子1(HCCS1)靶向治療策略就是其中之一。HCCS1可通過線粒體通路誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡[23]。Yan等[24]研究認(rèn)為，HCC過表達(dá)線粒體端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶可促進(jìn)線粒體DNA的復(fù)制并抑制線粒體凋亡途徑，從而降低HCC細(xì)胞對化療的敏感性，導(dǎo)致HCC多重耐藥的發(fā)生；而三氧化二砷通過啟動線粒體介導(dǎo)的caspase依賴性凋亡途徑，發(fā)揮抗癌效應(yīng)[25]。以上研究提示，部分化療藥物以及植物提取物可通過干預(yù)線粒體凋亡通路，誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡，這為HCC的臨床治療提供了新策略。

總之，HCC的發(fā)生、發(fā)展與線粒體凋亡通路失調(diào)密切相關(guān)。靶向干預(yù)線粒體凋亡通路為臨床治療HCC提供了新思路。但目前對線粒體凋亡通路介導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡僅停留在實驗階段，還不能指導(dǎo)臨床用藥。隨著研究的不斷深入，通過靶向干預(yù)線粒體凋亡通路治療HCC終將實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Moldoveanu T, Follis AV, Kriwacki RW, et al. Many players in BCL-2 family affairs[J]. Trends Biochem Sci, 2014,39(3):101-111.

[2] Crawford ED, Wells JA. Caspase substrates and cellular remodeling[J]. Annu Rev Biochem, 2011(80):1055-1087.

[3] Babbitt SE, Sutherland MC, Francisco BS, et al. Mitochondrial cytochrome c biogenesis: no longer an enigma[J]. Trends Biochem Sci, 2015,40(8):446-455.

[4] Maehara Y, Fernandez-Checa JC. Augmenter of liver regeneration links mitochondrial function to steatohepatitis and hepatocellular carcinoma[J]. Gastroenterology, 2015,148(2):285-288.

[5] Tian Y, Kuo CF, Sir D, et al. Autophagy inhibits oxidative stress and tumor suppressors to exert its dual effect on hepatocarcinogenesis[J]. Cell Death Differ, 2015,22(6):1025-1034.

[6] Wilson GK, Tennant DA, McKeating JA. Hypoxia inducible factors in liver disease and hepatocellular carcinoma: current understanding and future directions[J]. J Hepatol, 2014,61(6):1397-1406.

[7] Song CL, Tang H, Ran LK, et al. Sirtuin 3 inhibits hepatocellular carcinoma growth through the glycogen synthase kinase-3beta/BCL2-associated X protein-dependent apoptotic pathway[J]. Oncogene, 2015. doi: 10.1038/onc.2015.121.[Epub ahead of print]

[8] Wang W, Sun Q, Wu Z, et al. Mitochondrial dysfunction-related genes in hepatocellular carcinoma[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2013(18):1141-1149.

[9] Xu J, Liu H, Chen L, et al. Hepatitis B virus X protein confers resistance of hepatoma cells to anoikis by up-regulating and activating p21-activated kinase 1[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):199-212.

[10] Nakagawa H, Hirata Y, Takeda K, et al. Apoptosis signal-regulating kinase 1 inhibits hepatocarcinogenesis by controlling the tumor-suppressing function of stress-activated mitogen-activated protein kinase[J]. Hepatology, 2011,54(1):185-195.

[11] Lo SJ, Fan LC, Tsai YF, et al. A novel interaction of nucleophosmin with BCL2-associated X protein regulating death evasion and drug sensitivity in human hepatoma cells[J]. Hepatology, 2013,57(5):1893-1905.

[12] Lazic M, Eguchi A, Berk MP, et al. Differential regulation of inflammation and apoptosis in Fas-resistant hepatocyte-specific Bid-deficient mice[J]. J Hepatology, 2014,61(1):107-115.

[13] Fu L, Dong SS, Xie YW, et al. Down-regulation of tyrosine aminotransferase at a frequently deleted region 16q22 contributes to the pathogenesis of hepatocellular carcinoma[J]. Hepatology, 2010,51(5):1624-1634.

[14] Liu K, Shi Y, Guo XH, et al. Phosphorylated AKT inhibits the apoptosis induced by DRAM-mediated mitophagy in hepatocellular carcinoma by preventing the translocation of DRAM to mitochondria[J]. Cell Death Dis, 2014(5):e1078.

[15] Ma Y, Zhang J, Zhang Q, et al. Adenosine induces apoptosis in human liver cancer cells through ROS production and mitochondrial dysfunction[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2014,448(1):8-14.

[16] Gong J, Zhang JP, Li B, et al. MicroRNA-125b promotes apoptosis by regulating the expression of Mcl-1, Bcl-w and IL-6R[J]. Oncogene, 2013,32(25):3071-3079.

[17] Chang Y, Yan W, He X, et al. miR-375 inhibits autophagy and reduces viability of hepatocellular carcinoma cells under hypoxic conditions[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):177-187.

[18] Mundt HM, Stremmel W, Melino G, et al. Dominant negative (DeltaN) p63alpha induces drug resistance in hepatocellular carcinoma by interference with apoptosis signaling pathways[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2010,396(2):335-341.

[19] Zhang Y, Zhang JW, Lv GY, et al. Effects of STAT3 gene silencing and rapamycin on apoptosis in hepatocarcinoma cells[J]. Int J Med Sci, 2012,9(3):216-224.

[20] 郭彩霞，李艷博，于洋，等.Smac聯(lián)合順鉑對人肝癌細(xì)胞凋亡調(diào)控因子影響[J].中國公共衛(wèi)生，2012，28(10)：1315-1316.

[21] Cheng AC, Tsai ML, Liu CM, et al. Garcinol inhibits cell growth in hepatocellular carcinoma Hep3B cells through induction of ROS-dependent apoptosis[J]. Food Funct, 2010,1(3):301-307.

[22] Wen J, You KR, Lee SY, et al. Oxidative stress-mediated apoptosis. The anticancer effect of the sesquiterpene lactone parthenolide[J]. J Biol Chem, 2002,277(41):38954-38964.

[23] Xu HN, Huang WD, Cai Y, et al. HCCS1-armed, quadruple-regulated oncolytic adenovirus specific for liver cancer as a cancer targeting gene-viro-therapy strategy[J]. Mol Cancer, 2011(10):133.

[24] Yan J, Zhou Y, Chen D, et al. Impact of mitochondrial telomerase over-expression on drug resistance of hepatocellular carcinoma[J]. Am J Transl Res, 2015,7(1):88-99.

[25] Jiang L, Wang L, Chen L, et al. As2O3 induces apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells through a ROS-mediated mitochondrial pathway and activation of caspases[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(2):2190-2196.

(收稿日期：2015-09-06)

中圖分類號：R735.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-266X(2016)08-0095-03

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.08.040

通信作者：庹必光(E-mail： tuobiguang@aliyun.com)

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(81360311)。